Système de couleur PAL

Phase Alternating Line (PAL) est un système de codage couleur pour la télévision analogique utilisé dans les systèmes de télévision de diffusion dans la plupart des pays émettant à 625 lignes / 50 champs (25 images) par seconde (576i). Les autres systèmes de codage couleur courants sont NTSC et SECAM.

Tous les pays utilisant PAL sont actuellement en cours de conversion ou ont déjà converti les normes en DVB, ISDB ou DTMB.

Cette page traite principalement du système d’encodage couleur PAL. Les articles sur les systèmes de télévision à diffusion générale et la télévision analogique décrivent en outre les fréquences d’image, la résolution d’image et la modulation audio.

Histoire
Dans les années 1950, les pays d’Europe de l’Ouest ont commencé à envisager la télévision en couleur et se sont heurtés au problème suivant: le standard NTSC présentait plusieurs faiblesses, notamment le changement de couleur dans de mauvaises conditions de transmission. les particularités. Pour surmonter les lacunes de NTSC, des normes alternatives ont été conçues, résultant dans le développement des normes PAL et SECAM. L’objectif était de fournir une norme TV couleur pour la fréquence d’image européenne de 50 trames par seconde (50 hertz), et de trouver un moyen d’éliminer les problèmes avec NTSC.

PAL a été développé par Walter Bruch à Telefunken à Hanovre, en Allemagne, avec une contribution importante de Dr. Kruse et Gerhard Mahler (de). Le format a été breveté par Telefunken en 1962, citant Bruch comme inventeur, et dévoilé aux membres de l’Union Européenne de Radiodiffusion (UER) le 3 janvier 1963. Quand demandé, pourquoi le système a été appelé « PAL » et non « Bruch » l’inventeur a répondu qu’un « système Bruch » ne se serait probablement pas très bien vendu (« Bruch » signifie « pause »). Les premières émissions ont commencé au Royaume-Uni en juin 1967, suivies par l’Allemagne de l’Ouest en fin d’année. La seule chaîne de la BBC utilisant initialement la norme de diffusion était BBC2, qui avait été le premier service de télévision britannique à introduire « 625 lignes » en 1964. Telefunken PALcolor 708T était le premier téléviseur commercial PAL. Il a été suivi par Loewe-Farbfernseher S 920 & F 900.

Telefunken a ensuite été acheté par le fabricant français d’électronique Thomson. Thomson a également acheté la Compagnie Générale de Télévision, où Henri de France a développé SECAM, le premier standard européen pour la télévision couleur. Thomson, maintenant appelée Technicolor SA, détient également la marque RCA et la concède sous licence à d’autres sociétés; Radio Corporation of America, l’initiateur de cette marque, a créé la norme de télévision couleur NTSC avant que Thomson ne soit impliqué.

Le terme PAL était souvent utilisé de manière informelle et quelque peu imprécise pour se référer au système de télévision à 625 lignes / 50 Hz (576i) en général, pour se différencier du système à 525 lignes / 60 Hz (480i) généralement utilisé avec NTSC. En conséquence, les DVD ont été étiquetés comme PAL ou NTSC (se référant au nombre de lignes et à la fréquence d’images) même si, techniquement, les disques ne véhiculent ni un signal codé PAL ni un signal codé NTSC. Les codes CCIR 625/50 et EIA 525/60 sont les noms propres de ces normes (nombre de lignes et taux de trame); D’autre part, PAL et NTSC sont des méthodes d’encodage d’informations de couleur dans le signal.

Encodage de la couleur
A la fois le système PAL et le système NTSC utilisent une sous-porteuse modulée en amplitude en quadrature portant les informations de chrominance ajoutées au signal vidéo de luminance pour former un signal de bande de base vidéo composite. La fréquence de cette sous-porteuse est de 4,43361875 MHz pour PAL et NTSC 4,43, contre 3,579545 MHz pour NTSC 3,58. Le système SECAM, d’autre part, utilise un schéma de modulation de fréquence sur ses sous-porteuses de couleurs alternées à deux lignes 4.25000 et 4.40625 MHz.

Le nom « Phase Alternating Line » décrit la manière dont la phase d’une partie de l’information couleur sur le signal vidéo est inversée avec chaque ligne, ce qui corrige automatiquement les erreurs de phase dans la transmission du signal en les annulant, au détriment de la verticale résolution de couleur de trame. Les lignes où la phase de couleur est inversée par rapport à NTSC sont souvent appelées PAL ou lignes d’alternance de phase, ce qui justifie l’une des extensions de l’acronyme, tandis que les autres lignes sont appelées lignes NTSC. Les premiers récepteurs PAL comptaient sur l’œil humain pour faire cette annulation;Cependant, cela a entraîné un effet de peigne connu sous le nom de barres de Hanover sur des erreurs de phase plus importantes. Ainsi, la plupart des récepteurs utilisent maintenant une ligne à retard de chrominance analogique, qui stocke les informations de couleur reçues sur chaque ligne d’affichage; une moyenne des informations de couleur de la ligne précédente et la ligne en cours est ensuite utilisée pour piloter le tube image. L’effet est que les erreurs de phase entraînent des changements de saturation, qui sont moins répréhensibles que les changements de teinte équivalents de NTSC. Un inconvénient mineur est que la résolution des couleurs verticales est inférieure à celle du système NTSC, mais puisque l’œil humain a également une résolution de couleur qui est beaucoup plus faible que sa résolution de luminosité, cet effet n’est pas visible. Dans tous les cas, NTSC, PAL et SECAM ont tous une largeur de bande de chrominance (détails de couleurs horizontaux) considérablement réduite par rapport au signal de luminance.

La fréquence 4,43361875 MHz de la porteuse couleur est le résultat de 283,75 cycles d’horloge couleur par ligne plus un décalage de 25 Hz pour éviter les interférences. Comme la fréquence de ligne (nombre de lignes par seconde) est de 15625 Hz (625 lignes × 50 Hz ÷ 2), la fréquence porteuse de couleur se calcule comme suit: 4.43361875 MHz = 283.75 × 15625 Hz + 25 Hz.

Le support de couleur d’origine est requis par le décodeur de couleur pour recréer les signaux de différence de couleur. Comme le transporteur n’est pas transmis avec les informations vidéo, il doit être généré localement dans le récepteur. Afin que la phase de ce signal généré localement puisse correspondre aux informations transmises, une sous-porteuse de couleur de 10 cycles est ajoutée au signal vidéo peu après l’impulsion de synchronisation de ligne, mais avant les informations d’image, pendant le prétendu porche arrière. Cette salve de couleur n’est pas réellement en phase avec la sous-porteuse de couleur d’origine, mais la dirige de 45 degrés sur les lignes impaires et la retarde de 45 degrés sur les lignes paires. Cette salve oscillante permet au circuit du décodeur de couleur de distinguer la phase du vecteur RY qui inverse chaque ligne.

PAL vs. NTSC
PAL a généralement 576 lignes visibles par rapport à 480 lignes avec NTSC, ce qui signifie que PAL a une résolution supérieure de 20%, en fait, il a même une résolution plus élevée que la norme de définition améliorée (854 × 480). La plupart des sorties TV pour PAL et NTSC utilisent des trames entrelacées, ce qui signifie que les lignes paires se mettent à jour sur un champ et que les lignes impaires sont mises à jour sur le champ suivant. L’entrelacement des images donne un mouvement plus doux avec la moitié du taux de trame. NTSC est utilisé avec une fréquence d’images de 60i ou 30p tandis que PAL utilise généralement 50i ou 25p; tous les deux utilisent un taux de trame assez élevé pour donner l’illusion d’un mouvement fluide. Ceci est dû au fait que NTSC est généralement utilisé dans les pays ayant une fréquence d’utilité de 60 Hz et PAL dans les pays à 50 Hz, bien qu’il y ait de nombreuses exceptions. Les deux PAL et NTSC ont un taux de trame plus élevé que le film qui utilise 24 images par seconde. PAL a un taux de trame plus proche de celui du film, donc la plupart des films sont accélérés à 4% pour jouer sur les systèmes PAL, raccourcissant le temps d’exécution du film et, sans ajustement, augmentant légèrement la hauteur de la piste audio. Les conversions de films pour NTSC utilisent à la place 3: 2 pour dérouler les 24 images du film sur 60 champs entrelacés. Ceci maintient la durée d’exécution du film et préserve l’audio d’origine, mais peut causer de plus mauvais artefacts d’entrelacement pendant le mouvement rapide.

Les récepteurs NTSC disposent d’un contrôle de teinte pour effectuer la correction des couleurs manuellement. Si ce n’est pas réglé correctement, les couleurs peuvent être défectueuses. La norme PAL annule automatiquement les erreurs de teinte par inversion de phase, de sorte qu’un contrôle de teinte est inutile, mais le contrôle de saturation peut être plus utile. Les erreurs de phase de chrominance dans le système PAL sont annulées en utilisant une ligne à retard de 1H, ce qui entraîne une saturation plus faible, ce qui est beaucoup moins visible à l’œil nu que les erreurs de nuance NTSC.

Cependant, l’alternance d’informations de couleur – barres de Hanovre – peut entraîner des images avec des erreurs de phase extrêmes même dans les systèmes PAL, si les circuits du décodeur sont mal alignés ou utiliser les décodeurs simplifiés des premières conceptions (généralement pour surmonter les restrictions de redevances). Dans la plupart des cas, de tels déphasages extrêmes ne se produisent pas. Cet effet sera généralement observé lorsque le chemin de transmission est médiocre, typiquement dans les zones bâties ou lorsque le terrain est défavorable. L’effet est plus perceptible sur les signaux UHF que VHF car les signaux VHF ont tendance à être plus robustes.

Au début des années 1970, certains fabricants de décors japonais ont développé des systèmes de décodage pour éviter de payer des redevances à Telefunken.La licence Telefunken couvrait toute méthode de décodage reposant sur la phase de sous-porteuse alternative pour réduire les erreurs de phase. Cela incluait des décodeurs PAL très basiques qui reposaient sur l’œil humain pour faire la moyenne des erreurs de phase de ligne impaire / paire. Une solution consistait à utiliser une ligne à retard analogique 1H pour permettre le décodage uniquement des lignes impaires ou paires. Par exemple, la chrominance sur les lignes impaires serait directement transmise au décodeur et stockée dans la ligne à retard. Ensuite, sur les lignes paires, la ligne impaire stockée sera à nouveau décodée. Cette méthode a effectivement converti PAL en NTSC. De tels systèmes ont souffert d’erreurs de teinte et d’autres problèmes inhérents au NTSC et ont nécessité l’ajout d’un contrôle manuel de la teinte.

PAL et NTSC ont des espaces de couleurs légèrement divergents, mais les différences de décodeur de couleur sont ici ignorées.

PAL vs. SECAM
Les brevets SECAM sont antérieurs à ceux de PAL de plusieurs années (1956 vs 1962). Son créateur, Henri de France, à la recherche d’une réponse aux problèmes de nuances NTSC connus, est venu avec des idées qui deviendraient fondamentales pour les deux systèmes européens, à savoir: 1) l’information de couleur sur deux lignes TV successives est très similaire être réduit de moitié sans impact sérieux sur la qualité visuelle perçue 2) une transmission de couleur plus robuste peut être obtenue en diffusant des informations sur deux lignes TV au lieu d’une seule 3) les informations des deux lignes TV peuvent être recombinées en utilisant une ligne à retard.

SECAM applique ces principes en transmettant alternativement un seul des composants U et V sur chaque ligne TV, et en obtenant l’autre à partir de la ligne à retard. Le QAM n’est pas requis, et la modulation de fréquence de la sous-porteuse est utilisée à la place pour plus de robustesse (la transmission séquentielle de U et V devait être réutilisée beaucoup plus tard dans les derniers systèmes vidéo « analogiques » européens: les normes MAC).

SECAM est exempt d’erreurs de teinte et de saturation. Il n’est pas sensible aux décalages de phase entre la salve de couleur et le signal de chrominance et, pour cette raison, a parfois été utilisé dans les premières tentatives d’enregistrement vidéo couleur, où les fluctuations de vitesse de bande pouvaient perturber les autres systèmes. Dans le récepteur, il ne nécessitait pas de cristal de quartz (qui était un composant coûteux à ce moment-là) et pouvait généralement faire avec des lignes à retard de précision et des composants moins précis.

Les transmissions SECAM sont plus robustes sur de plus longues distances que NTSC ou PAL. Cependant, en raison de leur nature FM, le signal de couleur reste présent, bien qu’à une amplitude réduite, même dans des parties monochromes de l’image, étant ainsi soumis à une couleur croisée plus forte.

Un inconvénient sérieux pour le travail en studio est que l’ajout de deux signaux SECAM ne donne pas d’informations de couleur valides, en raison de son utilisation de la modulation de fréquence. Il a fallu démoduler le FM et le manipuler comme AM pour un mixage correct, avant de le remoduler finalement en FM, au prix d’une complexité supplémentaire et d’une dégradation du signal. Dans les dernières années, ce n’était plus un problème, en raison de l’utilisation plus large des équipements composants et numériques.

PAL peut fonctionner sans ligne de retard, mais cette configuration, parfois appelée «PAL de pauvre», ne pouvait pas correspondre à SECAM en termes de qualité d’image. Pour concurrencer au même niveau, il a dû utiliser les idées principales décrites ci-dessus, et par conséquent, PAL a dû payer des frais de licence au SECAM. Au fil des années, cela a contribué de manière significative aux quelque 500 millions de francs collectés par les brevets SECAM (pour un montant initial de 100 millions de francs investis dans la recherche).

Ainsi, PAL pourrait être considéré comme un système hybride, avec sa structure de signal plus proche de NTSC, mais son décodage empruntant beaucoup de SECAM.

Il y avait des spécifications initiales pour utiliser la couleur avec le format de ligne français 819 (système E). Cependant, « SECAM E » n’a jamais existé dans les phases de développement. Le déploiement réel a utilisé le format de ligne 625. Ceci a fait pour l’échange et la conversion faciles entre PAL et SECAM en Europe.La conversion n’était même souvent pas nécessaire, car de plus en plus de récepteurs et de magnétoscopes devenaient conformes aux deux normes, aidées en cela par les étapes et les composants de décodage communs. De plus, lorsque la prise péritel est devenue standard, elle peut prendre le signal RVB comme entrée, en contournant de fait toutes les particularités des formats de codage couleur.

Quand il s’agit de magnétoscopes à domicile, toutes les normes vidéo utilisent ce qu’on appelle le format «couleur sous». La couleur est extraite des hautes fréquences du spectre vidéo et déplacée vers la partie inférieure du spectre disponible à partir de la bande. La luminance utilise alors ce qu’il en reste, au-dessus de la gamme de fréquences de couleurs. Ceci est généralement fait par heterodyning pour PAL (ainsi que NTSC). Mais la nature FM de la couleur dans SECAM permet une astuce moins chère: la division par 4 de la fréquence de la sous-porteuse (et la multiplication sur la relecture). C’est devenu la norme pour l’enregistrement SECAM VHS en France. La plupart des autres pays ont continué à utiliser le même processus d’hétérodynage que PAL ou NTSC, ce qui est connu sous le nom d’enregistrement MESECAM (car il était plus pratique pour certains pays du Moyen-Orient qui utilisaient les émissions PAL et SECAM).

En ce qui concerne les premiers vidéodisques (analogiques), la norme Laserdisc établie ne prenait en charge que NTSC et PAL. Cependant, un format de disque optique différent, le disque optique transmissif de Thomson a fait une brève apparition sur le marché. À un moment donné, il a utilisé un signal SECAM modifié (sous-porteuse FM unique à 3,6 MHz). Le matériau souple et transmissif des médias permettait un accès direct aux deux côtés sans faire basculer le disque, un concept qui réapparaissait dans les DVD multicouches une quinzaine d’années plus tard.

Détails du signal PAL
Pour PAL-B / G, le signal a ces caractéristiques.

Paramètre Valeur
Bande passante 5 MHz
Polarité de synchronisation horizontale Négatif
Temps total pour chaque ligne 64.000 μs
Porche avant (A) 1,65 +0,4 
-0,1 μs
Synchroniser la durée de l’impulsion (B) 4,7 ± 0,20 μs
Porche arrière (C) 5,7 ± 0,20 μs
Vidéo active (D) 51,95 +0,4 
-0,1 μs

(Temps total de synchronisation horizontale 12,05 μs)

Après 0,9 μs une impulsion de couleur de 2,25 ± 0,23 μs de 10 ± 1 cycles est envoyée. La plupart des temps de montée / descente sont de 250 ± 50 ns.L’amplitude est de 100% pour le niveau de blanc, de 30% pour le noir et de 0% pour la synchronisation. L’amplitude électrique CVBS est Vpp 1,0 V et l’impédance de 75 Ω.

Les horaires verticaux sont:

Paramètre Valeur
Lignes verticales 312.5 (625 au total)
Lignes verticales visibles 288 (576 au total)
Polarité de synchronisation verticale Négatif (rafale)
Fréquence verticale 50 Hz
Synchroniser la longueur d’impulsion (F) 0,576 ms (en rafale)
Vidéo active (H) 18,4 ms

(Temps total de synchronisation verticale 1,6 ms)

Lorsque PAL est entrelacé, tous les deux champs sont additionnés pour créer un cadre d’image complet.

La luminance, Y, est dérivée des signaux rouge, vert et bleu (R’G’B ‘):


U et V sont utilisés pour transmettre la chrominance. Chacun a une bande passante typique de 1,3 MHz.

Signal composite PAL  moment où  ..

Fréquence de sous-porteuse  est de 4,43361875 MHz (± 5 Hz) pour PAL-B / D / G / H / I / N.

Systèmes de diffusion PAL
Ce tableau illustre les différences:

PAL B PAL G, H PAL I PAL D / K PAL M PAL N
Bande de transmission VHF UHF UHF / VHF * VHF / UHF VHF / UHF VHF / UHF
Des champs 50 50 50 50 60 50
Lignes 625 625 625 625 525 625
Lignes actives 576 576 576 576 480 576
Bande passante du canal 7 MHz 8 MHz 8 MHz 8 MHz 6 MHz 6 MHz
Bande passante vidéo 5,0 MHz 5,0 MHz 5,5 MHz 6.0 MHz 4,2 MHz 4,2 MHz
Sous-porteuse de couleur 4,43361875 MHz 4,43361875 MHz 4,43361875 MHz 4,43361875 MHz 3,575611 MHz 3,58205625 MHz
Vision / espacement des porteurs de son 5,5 MHz 5,5 MHz 6.0 MHz 6,5 MHz 4,5 MHz 4,5 MHz

* Le système I n’a jamais été utilisé sur VHF au Royaume-Uni.

PAL-B / G / D / K / I
De nombreux pays ont désactivé les transmissions analogiques, ce qui suit ne s’applique pas, à l’exception de l’utilisation de dispositifs qui émettent des signaux de diffusion, tels que des enregistreurs vidéo. La résolution que PAL a donné peut ou ne peut pas encore être utilisée, mais HD ou Full HD sont les plus couramment utilisés dans les transmissions numériques.

La majorité des pays utilisant PAL ont des normes de télévision avec 625 lignes et 50 champs par seconde, les différences concernent la fréquence porteuse audio et les largeurs de bande des canaux. Les variantes sont:

Les normes B / G sont utilisées dans la plupart des pays d’Europe occidentale, en Australie et en Nouvelle-Zélande
Standard I au Royaume-Uni, en Irlande, à Hong Kong, en Afrique du Sud et à Macao
Normes D / K (avec le SECAM) dans la plupart des pays d’Europe centrale et orientale
Standard D en Chine continentale. La plupart des caméras de vidéosurveillance analogiques sont la norme D.
Les systèmes B et G sont similaires. Le système B est utilisé pour les canaux de 7 MHz sur VHF, tandis que le système G est utilisé pour les canaux de 8 MHz sur UHF (l’Australie utilise le système B sur UHF). De même, les systèmes D et K sont similaires à l’exception des bandes qu’ils utilisent: le système D est uniquement utilisé sur VHF (sauf en Chine continentale), tandis que le système K est uniquement utilisé sur UHF. Bien que le système I soit utilisé sur les deux bandes, il n’a été utilisé que sur UHF au Royaume-Uni.

PAL-M (Brésil)
Au Brésil, PAL est utilisé en conjonction avec le système M de la ligne 525, 59,94 M, en utilisant (presque) la fréquence de la sous-porteuse couleur NTSC. La fréquence de la sous-porteuse couleur exacte de PAL-M est de 3,575611 MHz. Presque tous les autres pays utilisant le système M utilisent NTSC.

Le système de couleur PAL (bande de base ou avec n’importe quel système RF, avec la sous-porteuse normale 4,43 MHz contrairement à PAL-M) peut également être appliqué à une image 525 lignes (480i) de type NTSC pour former ce que l’on appelle 60 « (parfois » PAL-60/525 « , » Quasi-PAL « ou » Pseudo PAL « ). Cependant, PAL-M (norme de diffusion) ne doit pas être confondu avec « PAL-60 » (un système de lecture vidéo – voir ci-dessous).

PAL-N (Argentine, Paraguay et Uruguay)
En Argentine, au Paraguay et en Uruguay, la variante PAL-N est utilisée. Il utilise la forme d’onde 625 lignes / 50 trames par seconde de PAL-B / G, D / K, H et I, mais sur un canal de 6 MHz avec une fréquence de sous-porteuse de chrominance de 3,582056 MHz très similaire à NTSC.

Les bandes VHS enregistrées à partir d’une diffusion PAL-N ou PAL-B / G, D / K, H ou I sont indiscernables car la sous-porteuse convertie vers le bas sur la bande est la même. Une VHS enregistrée en TV (ou diffusée) en Europe jouera en couleur sur tous les téléviseurs PAL-N VCR et PAL-N en Argentine, au Paraguay et en Uruguay. De même, toute bande enregistrée en Argentine, au Paraguay ou en Uruguay à partir d’une émission télévisée PAL-N peut être envoyée à n’importe qui dans les pays européens utilisant PAL (et Australie / Nouvelle-Zélande, etc.) et s’affichera en couleur. Ce sera également un succès en Russie et dans d’autres pays du SECAM, puisque l’URSS a imposé la compatibilité PAL en 1985, ce qui s’est avéré très pratique pour les collectionneurs de vidéos.

Les personnes en Argentine, au Paraguay et en Uruguay possèdent généralement des téléviseurs qui affichent également NTSC-M, en plus de PAL-N. Direct TV diffuse également de manière pratique en NTSC-M pour l’Amérique du Nord, Centrale et du Sud. La plupart des lecteurs de DVD vendus en Argentine, au Paraguay et en Uruguay jouent également des disques PAL. Cependant, ils sont généralement produits dans la variante européenne (fréquence de la sous-porteuse couleur 4.433618 MHz), donc ceux qui possèdent un téléviseur PAL-N (plus NTSC -M dans la plupart des cas) devra regarder ces importations PAL DVD en noir et blanc (sauf si le téléviseur prend en charge RGB SCART) comme la fréquence de sous-porteuse de couleur dans le téléviseur est la variation PAL-N, 3,582056 MHz.

Dans le cas où un lecteur VHS ou DVD fonctionne en PAL (et non en PAL-N) et que le téléviseur fonctionne en PAL-N (et non en PAL), il y a deux options:

les images peuvent être vus en noir et blanc, ou
un transcodeur peu coûteux (PAL -> PAL-N) peut être acheté afin de voir les couleurs
Certains lecteurs de DVD (généralement des marques moins connues) incluent un transcodeur interne et le signal peut être émis en NTSC-M, avec une perte de qualité vidéo due à la conversion du système d’un DVD PAL 625/50 à la sortie NTSC-M 525/60 format. Quelques lecteurs de DVD vendus en Argentine, au Paraguay et en Uruguay autorisent également une sortie de signal NTSC-M, PAL ou PAL-N. Dans ce cas, un disque PAL (importé d’Europe) peut être lu sur un téléviseur PAL-N car il n’y a pas de conversions champ / ligne, la qualité est généralement excellente.

Les fonctionnalités étendues de la spécification PAL, telles que le télétexte, sont implémentées différemment dans PAL-N. PAL-N prend en charge un format de sous-titrage codé 608 modifié qui est conçu pour faciliter la compatibilité avec le contenu d’origine NTSC transporté sur la ligne 18, et un format de télétexte modifié qui peut occuper plusieurs lignes.

Certains magnétoscopes VHS spéciaux sont disponibles, ce qui permet aux téléspectateurs de profiter d’enregistrements PAL-N en utilisant un téléviseur couleur PAL standard (625/50 Hz) ou même des téléviseurs multi-systèmes. Les enregistreurs vidéo comme Panasonic NV-W1E (AG-W1 pour les États-Unis), AG-W2, AG-W3, NV-J700AM, Aiwa HV-M110S, HV-M1U, Samsung SV-4000W et SV-7000W disposent d’un système de télévision numérique circuit de conversion.